题目内容

10.据《新华网》消息,科学家们在距地球600光年的一个恒星系统中新发现了一颗太阳系外的类似地球的“宜居行星”-“开普勒-22b”,其半径约为地球半径的2.4倍,绕该恒星做匀速圆周运动的周期约为290个地球日(一个地球日就是地球上的一天).已知地球的质量、半径、地球绕太阳运动的周期和万有引力常量.假设该行星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度相等.根据以上信息,可以估算出(  )
A.恒星的质量B.恒星和太阳的质量之比
C.该行星的质量和密度D.该行星绕恒星运动的半径

分析 根据万有引力提供向心力,已知该行星的轨道半径和周期,可以求出中心天体(即恒星)的质量.

解答 解:A、B、根据万有引力提供向心力$\frac{GMm}{{r}^{2}}=m\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}r$知,恒星的质量$M=\frac{4{π}^{2}{r}^{3}}{G{T}^{2}}$.由于该行星绕恒星运动的轨道半径不知道,所以不能求出恒星的质量,也不能求出恒星与太阳的质量关系,同理也不能确定该行星绕恒星运动的半径.故A错误,B错误,D错误.
C、若该行星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度相等,根据:${F}_{引}=\frac{Gmm′}{{R}^{2}}=m′g$,则:$m=\frac{gR}{G}$.可以求出该行星的质量.
又:V=$\frac{4}{3}π{R}^{3}$,m=ρV,所以:$ρ=\frac{m}{V}=\frac{3gR}{4π{R}^{3}•G}=\frac{3g}{4πG•{R}^{2}}$,可知该公式结合地球的质量与半径,即可求出该行星的密度.故C正确.
故选:C.

点评 解决本题的关键掌握万有引力提供向心力这一理论,并能根据题意结合向心力的几种不同的表达形式,选择恰当的向心力的表达式.

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